CN101114137A - 导电图案形成装置和导电图案形成方法 - Google Patents

Abstract

将由不含树脂成分的导电性粒子形成的导电图案前体，在保持图案形状的状态下以高转印效率将图案转印到对象基板上。作为对使用导电微粒分散液在介电性薄膜体上形成的导电图案前体进行转印的方法，通过一时除去残留在刚显像后的导电图案前体上的液膜后，再在导电图案前体上再供给溶剂从而使导电性粒子图案再带电。然后采用有溶剂存在的电泳的静电转印将图案转印到对象基板上。

Description

导电图案形成装置和导电图案形成方法

技术领域

本发明涉及在印刷电路板等上形成导电图案的导电图案形成装置及导电图案形成方法。

背景技术

迄今，作为具有高价的掩膜和多段工序的光刻蚀方式的代替技术，采用丝网印刷法、分配器、喷墨印刷、电子照相印刷等工序简便的印刷方法的导电图案形成方式引人注目。任何一种方法都利用将导电性粒子分散在溶剂中的导电性粒子分散溶液或将导电性粒子内添到树脂中的调色剂，采用使用了版或丝网的间接涂布、利用喷嘴扫描的直接涂布、或静电吸附进行图案化。然后，通过对其进行加热烧成而使微粒相互熔融粘着从而导体化得到配线。

上述的各种印刷方法中，利用静电力在绝缘基板上形成所期望的导电图案的电子照相方式，由于不仅能适应大量生产或大面积图案形成，而且对多品种少量生产有利的导电图案的变更也容易，故有利的方面比其他方法多。另外，电子照相方式中，尤其是使用将导电性粒子分散在溶剂中的导电性粒子分散溶液作为显像剂的液体显像方式，由于通过使微粒分散在液体中能防止飞散，可处理更小粒径的导电性粒子，故对图案的高析象清晰度化与导电性粒子熔融粘着导体化时的烧成温度降低是有利的方式。

对于采用了液体显像方式的图案形成装置，首先，均匀地使感光体上带电，利用激光器扫描曝光形成任意的静电潜像。然后，通过使之接触液体显像剂，利用电泳使分散在液体中的图案形成材料粒子静电吸附在静电潜像上从而进行图案显像，直接或间接地将得到的显像图案转印到对象基板上。

其中，作为上述方法中的转印方法，有加热或施加压力进行转印的方法。或者，有通过对粒子给予电场从而利用静电力进行转印的方法(例如专利文献1)。

专利文献1：特开2002-91171号公报

发明内容

因此，在采用液体显像方式的导电图案形成中，利用热或压力将在感光体上显像的导电图案前体转印到作为对象的基板上时，树脂成分必须分散在导电性粒子分散溶液中，或者在导电性粒子的最外层必须具有树脂层。这是因为利用热或压力的转印中需要由树脂成分呈现的粘着性。然而，若使这些树脂成分存在于导电性粒子分散溶液中，则采用加热烧成的导体化时树脂成分残留在图案中，有成为使所形成的导体图案的电阻值上升原因的课题。

采用液体显像方式的导电图案形成中，利用静电力转印在感光体上显像的导电图案前体时，有以下方法：不除去残留在刚显像后的导电图案前体上的溶剂，在转印时使溶剂存在于感光体与对象基板间，利用电泳进行转印的方法；如专利文献1所述，干燥除去残留在刚显像后的导电图案前体上的溶剂，使用带电器使干燥的导电图案前体再带电，静电吸附到对象基板上的方法。

前者的场合，即使导电性粒子分散溶液中没有树脂成分，只要溶液中的导电性粒子通过离子吸附而带电便可电泳。然而，由于显像后的粒子间的粘合性弱，图案容易被外力破坏，故存在受向对象基板转印时产生的溶剂流动造成的影响而不能保持图案形状的课题。此外，由于存在感光体上的残留潜像电荷与液体中带电的导电性粒子的相互作用，故存在向对象基板上转印的导电性粒子的转印效率降低的课题。

对于后者所述的专利文献1的方法，将显像后的图案进行干燥，转印时中间也不存在溶剂，故不发生溶剂流动造成的图案破坏。然而，专利文献1的方法不以导电图案形成为目的，而是以利用色成分形成图像为目的，为了利用带电器使干燥后的粒子再带电从而使用静电转印，粒子必须具有树脂层。如果采用这种方法进行导电图案形成，则如前所述，树脂成分的存在使配线的电阻值上升。

本发明是为了解决前述问题而完成的研究，其目的在于提供在采用电子照相的导电图案形成中，不使用成为使所得导电图案电阻值增高的原因的树脂成分，而在保持图案的状态下高转印效率地将导电图案前体转印到目标对象基板上的方法以及具有其的导电图案形成装置。

为了实现上述目的，本发明中，作为对采用导电微粒分散液在感光体上形成的导电图案前体进行转印的方法，提出了通过在刚显像后一时除去残留在图案上的溶剂，对感光体上的残留静电潜像再次向导电图案前体上再供给溶剂从而利用离子吸附使导电性粒子图案再带电，然后利用静电力将图案转印到对象基板上的方法。

根据本发明的转印方式，可将由低温烧成且能够提供低电阻配线的不含树脂成分的导电性粒子形成的导电图案前体，在保持图案形状的状态下，以高转印效率转印到对象基板上。

附图说明

图1是本发明中采用电子照相法的导电图案形成方法的示意图。

图2是本发明中导电性粒子分散溶液的简图。

图3是具有低分子量的离子性有机分子的导电性粒子的简图。

图4是将本发明中显像图案转印到基板上的工艺的简图。

图5是本发明中采用电泳的静电转印的简图。

符号说明

1  带电装置

2  区域

3  曝光装置

4  介电性薄膜体

5  静电潜像图案

6  导电性粒子分散溶液

7   显像装置

8   对象基板

9   转印装置

10  残留潜像消去装置

11  残留导电性粒子清洁装置

12  导电性粒子图案

13  加热装置

14  导电图案

15  非极性溶剂

16  离子性有机分子

17  导电性粒子

18  无机离子

19  脂肪酸离子

20  转印辊

21  液膜除去装置

22  液膜赋予装置

具体实施方式

以下，利用附图对采用本发明所述的电子照相方式的导电图案形成方法进行说明。

图1示意地表示使用了本发明中利用电子照相法的导电图案形成方法的装置。本装置主要由带电装置1、介电性薄膜体4、曝光装置3、导电性粒子分散溶液6、显像装置7、液膜除去装置21、液膜赋予装置22、转印装置9、图案形成对象基板8、加热装置13构成。

本实施例中，作为静电潜像的形成装置，使用表面设置了具有感光性的介电性薄膜体4的转鼓状的感光体。利用设置在该感光体周围的带电装置1(由电晕管(コロトロン)带电器或辊接触带电器或刷接触带电器的任何一种构成)，使感光体表面均匀地带电。在使用带电装置1均匀带电的区域2，根据来自电脑等图像信息处理装置的图像信号，利用扫描激光的曝光装置3对任意的部分照射光，形成目标静电潜像图案5。作为其他方法，还可以使用如下方法：采用预先对表面已加工有目标图案形状的静电潜像转印体的凸部分赋予静电荷，使其与均匀带电的介电性薄膜体4的表面接触的压印带电形成目标静电潜像图案5。但是，为了实现静电潜像图案5的容易变更，优选采用前者的对均匀带电的区域2照射光从而形成静电潜像图案5的方法。其中，任何一种方法中，所赋予的静电潜像都可以是正电荷与负电荷的任何一种形成的。

显像装置7，通过使导电性粒子分散溶液6与感光体上形成的静电潜像图案5接触而供给，显像形成导电图案。该显像装置7具有贮存导电性粒子分散溶液6的罐和用于向介电性薄膜体4上的静电潜像图案5供给的供给装置(供给辊)。在该供给辊上形成导电性粒子分散液的膜，使形成的膜与静电潜像图案5接触而进行供给。贮存罐内设置有检测导电性粒子分散溶液6浓度的浓度检测装置。设置通过根据由该检测装置得出的浓度信息向贮存罐内添加非极性溶剂15或添加导电性粒子17，从而调节浓度的浓度调节装置。另外，为了防止沉降、整个区域浓度均匀化而在贮存罐中具有搅拌装置。作为搅拌装置，可以使用通过对导电性粒子分散液照射超声波从而进行搅拌的超声波照射装置，或使用用于对液中机械搅拌的搅拌桨等的搅拌装置，或者通过对贮存罐本身振荡从而进行搅拌的振荡装置等。此外，作为导电性粒子分散溶液6的供给手段，除了在前述的辊上形成导电性粒子分散溶液6的层，使其与静电潜像进行接触的方法以外，还可举出利用喷嘴喷射导电性粒子分散溶液6的方法、将形成了静电潜像图案5的介电性薄膜体4浸渍在贮有导电性粒子分散溶液6的溶液中的方法等。

将导电性粒子分散溶液6的详细状况示于图2。导电性粒子分散溶液6是使表面吸附着离子性有机分子16的粒径100nm以下的导电性粒子17分散在非极性溶剂15中而成。

作为离子性有机分子16，高分子时可举出在聚苯乙烯、聚对氯苯乙烯、聚乙烯基甲苯、苯乙烯-对氯苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯基甲苯共聚物等苯乙烯与其取代体的均聚物及它们的共聚物，苯乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸正丁酯共聚物等苯乙烯与丙烯酸酯的共聚物，苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸正丁酯共聚物等苯乙烯与甲基丙烯酸酯的共聚物，苯乙烯和丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的多元共聚物，苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-乙烯基甲基醚共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-乙烯基甲基酮共聚物、苯乙烯-马来酸酯共聚物等苯乙烯与其他乙烯基类单体的苯乙烯类共聚物，聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯等甲基丙烯酸酯树脂，聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯等丙烯酸酯树脂，聚酯树脂、环氧树脂、环烯烃共聚物等以上举出的高分子树脂一种或混合的高分子树脂中带有羧酸基、氨基酸基等能赋予离子性的官能团的有机分子。

低分子量的有机分子时，可举出由草酸、丙二酸、琥珀酸、己二酸、戊二酸、2，4-二乙基戊二酸、2，4-二乙基戊二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、环己烷二甲酸、马来酸、富马酸、二甘醇酸等二羧酸，辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、山萮酸、亚油酸、油酸、亚麻酸等脂肪酸，乳酸、羟基三甲基乙酸、二羟甲基丙酸、柠檬酸、苹果酸、甘油酸等羟基羧酸等的脂肪族羧酸形成的脂肪族羧酸离子19，与Ag、Cu、Au、Pd、Pt、Ni、W、Mo、Cr等无机离子18构成的脂肪族羧酸无机盐等。

为了使导电性粒子图案12导体化，必须将导电性粒子17周围的有机成分加热烧掉。再者，低分子成分烧成需要的热能比高分子成分低。因此，作为导电图案形成用的对象基板8，使用耐热温度低的聚酰亚胺等树脂性基板时，优选使用烧成温度低的低分子有机分子。另外，使用低分子有机分子时，导致导体化的图案高电阻化的导体图案中的残留有机分子比率比使用了高分子有机分子时低。从以上的观点考虑，优选导电性粒子17周围的有机分子成分是低分子量的有机分子。

为了能低温熔融粘着，使导电图案14成为高析象清晰度，导电性粒子17的粒径必须是100nm以下。不过，为了在200℃以下的温度加热使导电性粒子17熔融粘着，使导电性粒子图案12导体化，设定导电性粒子17的粒径为10nm以下。需要100nm以下线宽的导电图案14时，使导电性粒子17的粒径为5nm以下。

导电性粒子17使用Ag或Cu、Au、Pd、Pt、Ni、W、Mo、Cr等单质金属，或这些金属的氧化物、这些金属的合金。需要导电体时，使用体积电阻率低的Ag或Cu。再者，也可以将上述金属、或其氧化物、或其合金多种混合使用。

非极性溶剂15使用脂肪族烃类溶剂。作为脂肪族烃类溶剂，有异链烷烃类或石脑油类、ァイソパ一(Exxon化学公司)、IP溶剂(出光石油公司)、ソルト一ル(Phillips石油公司)、其他的烃。

本发明采用电子照相方式的导电图案形成方法中，具有将在介电性薄膜体4上显像的导电性粒子图案12转印到作为对象的对象基板8上的工序。转印装置9采用了由通过对象基板8的被转印层的背面给予电压，利用静电力将在介电性薄膜体4上显像的导电性粒子图案12转印到对象基板8上的静电转印方式。形成导电性粒子图案12的导电性粒子17，由于只在溶剂中带电，故进行静电转印时，在介电性薄膜体4与对象基板8之间的间隙必须存在溶剂。刚显像后的介电性薄膜体4上存在由导电性粒子分散溶液6中的非极性溶剂15形成的液膜。因此，可将液膜层直接作为转印工序所需的溶剂利用。但是，介电性薄膜体4上形成的导电性粒子图案12中的导电性粒子17，粒子间力不太高。因此，由于转印装置9部中产生的液流的流动而再分散，图案被简单地破坏。另外，在具有液膜的状态下从刚显像后输送到转印装置9部时，感光体上仍残留显像时利用的潜像图案。因此，形成导电性粒子图案12的导电性粒子17与介电性薄膜体4上的潜像的静电相互作用强，导电性粒子17变得难脱离。因此，在转印装置9部作为转印到对象基板8上的比例的转印效率显著降低。

因此，本发明如图4所示，成为具有在转移到转印工序前将由显像工序形成的导电性粒子图案12上的液膜除去的液膜除去工序(溶剂除去工序)和其后在转移到转印工序前再赋予液膜的液膜赋予工序(溶剂再添加工序)的方法。通过从刚显像后的导电性粒子图案12上一时除去液膜，构成导电性粒子图案12的导电性粒子17凝聚，粒子间力增加。因此，图案的保持性提高，能够防止转印时的图案破坏。另外，通过除去液膜从而消去残留在介电性薄膜体4上的静电潜像，由于导电性粒子图案12变得容易从介电性薄膜体4上剥离，故转印效率提高。但是，由于利用电泳的静电转印时在介电性薄膜体4与对象基板8之间必须存在溶剂，故设置在除去了溶剂的导电性粒子图案12上再涂布溶剂的工序。

作为从刚显像后的导电性粒子图案12上一时除去液膜的液膜除去装置21，可考虑如下的方法。首先，可考虑采用加热或喷射热风使溶剂蒸发干燥的利用加热装置的加热方式，或者设置有向液膜喷射气体流、吹掉液膜从而从导电性粒子图案12上除去液膜的送风装置的气体流方式等。此外，由于加热方式中液体蒸发需要的时间长，加热可能促进介电性薄膜体4的劣化。因此优选使用气体流方式。喷射气体流的方向，不优选被吹掉的液膜向进行转印的方向(已被除去的导电性粒子图案12方向)、显像方向(具有液膜的刚显像后的导电性粒子图案12方向)流去。因此，优选在转印位置与显像位置的中间，从中央向介电性薄膜体4端部方向(宽度方向)吹掉液膜，或者同样沿宽度方向从一方的介电性薄膜体4端部向另一方的介电性薄膜体4端部吹掉液膜的方法。此外，此时优选在介电性薄膜体4端部具有对吹掉的液膜进行回收的液膜回收装置。作为液膜回收装置，可考虑在介电性薄膜体4端部形成槽，将液膜回收到该槽中的方法，或者具有能吸收液膜的海绵构件的方法。此外，为了缩短液体除去时间，介电性薄膜体4的端部也可以是利用负压抽吸回收流来的液膜的构成。此外，优选被回收的溶剂送回显像装置7，成为循环的构成。

作为在除去了液膜的导电性粒子图案12上重新再添加溶剂从而形成液膜的液膜赋予装置22，可考虑边将保持导电性粒子图案12的介电性薄膜体4浸渍在装满溶剂的受皿状构件中边使之通过的方法，或者使用喷雾器将溶剂喷雾从而再形成液膜的方法等。其中，如前所述，再次涂布了液膜后的导电性粒子图案12，随着液膜除去时的残留潜像消去，由于与介电性薄膜体4表面的相互作用已降低，故借助物理性外力变得容易剥离。因此，随着气流的擦试而接受物理性力的采用喷雾器喷雾的液膜再形成法有可能破坏图案。为此，更优选边将导电性粒子图案12浸渍在装满溶剂的受皿中边使之通过的方法。其中，添加的溶剂优选是与导电性粒子分散溶液6中的非极性溶剂15成分相同的溶剂。

采用电子照相方式的导电图案形成装置中，利用液膜赋予装置22再形成液膜。由此，具有转印装置9，其用于使液中再带电的导电性粒子17构成的导电图案前体12，在保持图案的状态下从介电性薄膜体4上移动到作为对象的对象基板8上。作为这种转印方法，如图5所示，成为导电性粒子图案12夹在介电性薄膜体4面与对象基板8表面的状态。介电性薄膜体4与对象基板8表面之间的间隙，成为被液膜赋予装置赋予的溶剂充满的状态。其为通过在这种状态下从对象基板8的背面外加电压，导电性粒子图案12利用电泳从介电性薄膜体4侧向对象基板8侧进行转印的静电转印方式。对转印装置9外加的电压，在构成导电性粒子图案12的导电性粒子17在液中带负电的场合，为正偏压，带正电的场合，为负偏压。另外，外加电压的构件采用表面设有导电性的弹性体的辊构成，优选是转印时能够边使介电性薄膜体4的旋转方向沿从动旋转方向旋转，边对介电性薄膜体4赋予100g重/cm以上的加压力的构成。

作为本发明中的转印的对象，有直接转印到形成导电图案的对象基板上的方法，或者一时将导电性粒子图案12保持在导电图案保持基板(中间转印体)上，然后再将转印的图案转印到对象基板8上的方法。直接转印到目标对象基板8上的方法的场合，对象基板8优选是对于200～250℃的加热具有耐性，而且为了应对来自对象基板8背面的外加转印偏压，厚度为1mm以下的片状的构件。作为构成上述对象基板8的构件的例子，可举出聚酰亚胺构成的树脂片材或陶瓷生片等。

本发明的导电图案形成装置中，具有将转印到对象基板8上的导电性粒子图案12定影在对象基板8上，并且使导电性粒子17之间熔融粘着而导体化并成为导电图案14用的加热装置13。加热装置13不仅使导电性粒子17熔融粘着，而且对赋予到导电性粒子17表面的分散剂层进行烧成。此时，也可以具有与加热同时地能将导电性粒子图案12加压到对象基板8上的机构。此时的加热温度，为了充分地将导电性粒子17熔融粘着，使离子性有机分子烧成，并且防止对象基板8的变形或变性，优选是300℃以下。此时，也可以设置对烧成的有机物成分进行排气的排气装置。

本发明中的导电图案形成装置中，介电性薄膜体4可以是转印导电图案后，再形成潜像并将导电性粒子图案12显像的构成。作为形状优选是带状或转鼓状。另外，此时具有对转印后的介电性薄膜体4的残留静电潜像进行消去的残留潜像消去装置10和对残留的导电性粒子17进行除去、回收的残留导电性粒子清洁装置11。作为残留导电性粒子清洁装置11，可举出使刮板与介电性薄膜体4接触刮取的方法，或者使用溶剂冲洗的方法。此外，被除去、回收的导电性粒子17，可以返回到显像装置7，再分散到导电性粒子分散溶液6中循环。

使用本发明的导电性粒子分散溶液6形成的导电图案14，例如可以作为个人计算机、大型电子计算机、笔记本式电脑、笔输入电脑、笔记本式文字处理机、移动电话、便携卡、手表、照相机、电动刮胡刀、无绳电话、传真机、录相机、摄像机、电子笔记本、台式电子计算机、带通信功能的电子笔记本、便携式复印机、液晶电视、电动器具、吸尘器、有虚拟真实性等功能的游戏机、玩具、电动式自行车、医疗护理用步行辅助机、医疗护理用车椅、医疗护理用移动式床、自动扶梯、升降机、叉式升降机、装高尔夫球棒的小推车、紧急用电源、负荷调节器、电力贮藏系统等的基板配线使用。还可以作为民用、军需用、宇宙用使用。

其中，对本发明中显像图案的转印举出具体例，但并不特别限于该方法。

本发明中，首先，对从a－Si无机感光体转鼓(京セラ制)中切出30mm×30mm的a-Si无机感光体，通过使用了玻璃掩模的投影曝光形成L/S＝10～100μm的正的静电潜像图案。接着，使得到的潜像图案与将银纳米粒子分散在非极性溶剂的アイソパ一G(Exxon化学公司制)中的银纳米粒子显像剂接触，得到L/S＝10～100μm的银纳米粒子图案。此时，银纳米粒子的分散剂层是硬脂酸。此外，上述的操作均在暗环境中进行。

将空气喷射器对准刚显像后的银纳米粒子图案上的液膜(アイソパ一G)吹扫，朝感光体端部完全吹扫除去图案上的液膜。约10秒钟后，慢慢地将形成了银纳米粒子图案的感光体表面浸入装满アイソパ一G的器皿中，在银纳米粒子图案上再赋予液膜。在再次赋予了液膜的银纳米粒子图案上重叠聚酰亚胺片，从聚酰亚胺片背面使用1000g重负荷推压导电性橡胶构成的转印辊。这样边外加转印偏压+1000V边在聚酰亚胺上滚动，在保持图案的状态下以90％以上的转印效率将感光体上的银纳米粒子图案(L/S＝10～100μm)转印到聚酰亚胺上。

采用以上的方法能够在对象基板上形成高精度的导电图案。

Claims (11)

1.导电图案形成方法，是使用导电性材料形成任意的导电性图案的导电图案形成方法，其特征在于：一时除去在介电性薄膜体上显像的导电图案前体上的液膜，再对导电图案前体赋予液膜后，静电转印到作为对象的基板上。

2.导电图案形成装置，其包括：表面具有介电性薄膜体的感光体；在前述感光体上形成静电潜像图案，使用导电性粒子分散液使前述静电潜像图案进行显像的显像装置；从在前述感光体上显像的导电性图案前体除去液膜的液膜除去装置；在除去了前述液膜的导电图案前体上再形成液膜的液膜赋予装置；和将再赋予了前述液膜的导电图案前体转印到对象基板上的转印装置。

3.权利要求2所述的导电图案形成装置，其特征在于：前述液膜除去装置由对导电图案前体进行加热的加热装置构成，通过使用加热装置对导电图案前体表面进行加热从而使溶剂蒸发除去液膜。

4.权利要求2所述的导电图案形成装置，其特征在于：前述液膜除去装置由向导电图案前体表面喷射气流的送风装置构成，利用前述送风装置将液膜吹扫到介电性薄膜体端部，除去液膜。

5.权利要求4所述的导电图案形成装置，其特征在于：前述送风装置设置在显像装置与转印装置的中间部，其气流喷射方向是从感光体的宽度方向的一端部侧向另一端部侧方向，或者从感光体的宽度方向的中央向两端部侧方向。

6.权利要求5所述的导电图案形成装置，其特征在于：在前述感光体端部设置利用负压回收所吹掉的液膜的装置。

7.权利要求2所述的导电图案形成装置，其特征在于：前述液膜赋予装置设置在前述液膜除去装置与转印装置之间，包括装有成为液膜的溶剂的容器，成为使表面具有导电图案前体的介电性薄膜体浸渍在前述容器中的构成。

8.权利要求2所述的导电图案形成装置，其特征在于：前述液膜赋予装置设置在前述液膜除去装置与转印装置之间，包括对成为液膜的溶剂喷雾的溶剂喷雾装置，通过将溶剂喷雾到导电图案前体上从而再形成液膜。

9.权利要求2所述的导电图案形成装置，其特征在于：前述导电性粒子分散溶液是使采用加热或加压而导体化的导电性粒子分散在液体中的溶液。

10.权利要求9所述的导电图案形成装置，其特征在于：在前述导电性粒子分散溶液中分散的导电性粒子的粒径为100nm以下。

11.权利要求9所述的导电图案形成装置，其特征在于：前述导电性粒子分散溶液中的导电性粒子在表面具有离子性有机分子，使之分散在非极性溶剂中。

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